Fizika bizga vaqt haqida yangicha o'ylashga majbur qilyapti

Sizga rostini aytaman — fizika ko'pincha zerikarli va tushunibsiz bo'lib ko'rinadi. Lekin ba'zan shunday narsa sodir bo'ladiki, hatto mutaxassislar ham beklab qolishadi. Mana shunday paytlardan biri hozir yuz berdi.

Bir guruh olimlar natijalarni e'lon qildi. Bu natijalar shuni ko'rsatadiki, yorug'lik zarrachasi — photon — materialdan chiqib ketishi mumkin oldin u kirgandan. Xo', bu g'alati tuyulishi mumkin. Chuqur nafas oling va tushuntirishiman.

Tajriba qanday o'tkazildi

Bitta photonni atom bulutiga yo'naltirganingizni tasavvur qiling. Oddiy holat, to'g'rimi? Photon o'tib ketishi kerak... ammo atomlar uni yutib, qayta chiqarishi ham mumkin. Shu yerda asosiy jarayon boshlanadi.

Bu atomlar — rubidiy — photon energiyasini qisqa vaqtga "qarz olishi" mumkin. Batonchani jamoadoshga topshirib, keyin yana davom ettirishga o'xshaydi. Photon atom bulutida qiziqish holatida qoladi, so'ngra chiqariladi va yo'liga davom etadi.

Mana shu yerda ishlar qiziqarli bo'lib ketadi. Geyzenbergning nomoddiylik printsipi tufayli — ha, shu mashhur printsip — photon juda aniq energiyaga ega bo'lsa, uning vaqti "xiralashadi". Aniq qachon kirganini ayta olmaysiz. Faqat o'rtacha qiymatni bilasiz.

G'alati natija

Olimlar yaxshi fiziklar singari qildilar: photonlarning qaysi tomondan chiqqanini o'lchashdi va yorug'lik tezligida uchashi kerak bo'lgan vaqt bilan solishtirishdi.

Natija? Photonlar erta yetib keldi. Oddiy erta emas — shunchalik erta ediki, agar hisoblasangiz, photon bulut ichida manfiy vaqt o'tkazgandek bo'lib qoldi. Ular kirmasdan oldin chiqib ketayapti.

Bu yangi kashfiyot emas aslida. Olimlar bunga o'nlab yil oldin sezishgan. Lekin hamma shunday dedi: "Tashvishlanmang. Bu faqat ko'z yumrash. Yorug'lik impulsining faqat oldingi qismi sochilmasdan o'tadi, shuning uchun manfiy vaqtdek ko'rinadi."

Bu tushuntirish matematik jihatdan to'g'ri. Ammo bir olim — Toronto universitetidan Aephraim Steinberg — qoniqmadi. U atomlarning o'zi nima deyishini bilmoqchi edi.

Atomlardan so'rash

Bu qismni juda yaxshi ko'raman. Atomga photon qancha turganini qanday so'raysiz?

Buning hiylasi "zaif o'lchash" usulida. Photon o'tayotganda bulut orqali alohida zaif lazer nurini yo'naltirasiz. Bu nur atomlarning kvant holatidagi kichik o'zgarishlarni qabul qiladi — photon energiyasi atomlarni qo'zg'atganini ko'rsatadi.

Mana muvozanat nuqtasi: juda aniq o'lchashingiz bilan kvant sistemasini "buzasiz" va o'rganmoqchi bo'lgan jarayonni to'xtatasiz (bunga kvant Zeno effekti deyiladi — yaqin kuzatish natijani o'zgartiradi). Shuning uchun olimlar kelishuvga rozi bo'lishdi: aniq bo'lmagan o'lchashlar, lekin millionlab tajribani o'rtachalab aniq natija olish uchun juda puxta sozlanganga o'xshash.

Va mana hayratlanarli daqiqa: atomlar perspektivasidan o'lchaganda, photon energiyasi atomlarda qancha turgani — manfiy vaqtga to'g'ri keldi.

Demak, vaqt haqiqatan ham manfiymi?

Bu yerda to'xtalishim kerak. Fiziklar vaqt sayohatini kashf qilishdi yoki sababiyat to'g'risida hamma narsani noto'g'ri tushunganmiz, deb o'ylashingizni istmayman.

Ro'st aytganda, "manfiy vaqt" bu yerda matematik hodisa. U kvant sistemalarida vaqtni qanday o'lchashimizdan kelib chiqadi. Matematika bashorat qiladi va tajriba tasdiqayapti. Ammo bu nimani anglatadi falsafiy jihatdan? Bu hali muhokama qilinmoqda.

Ba'zi fiziklar buni " mintaqada o'tkazilgan vaqt" ta'rifining quirks sifatida ko'rishadi — bu ta'rif kundalik hayotda zo'r ishlaydi, lekin kvant olamida g'alati bo'lib qoladi. Boshqalar, Steinberg kabi, natijani literalroq qabul qilishadi va asosiy farazlarimizni qayta ko'rib chiqishimiz kerak deb o'ylashadi.

Bu nima uchun muhim

Nima uchun bu haqda hayajonlanaman: kvant darajasida haqiqat g'alati. Metaforik g'alati emas. "Bir oz tushunarsiz" ham emas. Haqiqatan g'alati — inson sezgilarimiz bunga tayyor emasmiz.

Biz fizika asosiy darajada hamma narsani hal qilgan deb o'ylaymiz. Va ha, katta progress bo'lgan. Ammo shunday tajribalar koinotda hali ochilmagan qatlamlar borligini ko'rsatadi.

Bundan tashqari, bu hikoya menga yoqadi — olimlar atomlardan guvohlik so'raganidek. "Atom janob, photon qancha turdi?" Va atom o'z kvant usulida: "Manfiy besh yil" — tadqiqotchilarning o'zlari qilgan taqqoslashni keltiradigan bo'lsak.

Shunday ilmiy ijodkorlik — sistema bilan notanish usulda so'zlashishga tayyorlik — haqiqiy yangiliklarni keltiradi.

Shunday qilib, agar kimdir fizika zerikarli va hamma narsa allaqachon ma'lum deb aytsa, unga bu tajribani ko'rsating. Yorug'lik kirmasdan oldin chiqib ketishi mumkin. Atomlar buni tasdiqlaydi. Va rostidan ham — bu ajoyib.